哈茨木霉Tr1菌株分泌蛋白及Peptaibols合成酶的生物信息学分析

研究旨在应用生物信息学方法分析生防菌哈茨木霉的分泌蛋白及Peptaibols合成酶。本研究以哈茨木霉Tr1菌株的11264条假定蛋白质序列为对象,利用Signal P、Protparam和Swissmodel等生物信息学工具预测出分泌蛋白,分析其信号肽特征,从中筛选可能与其生防机制有直接联系的分泌蛋白和Peptaibols合成酶,并对这些蛋白质的性质和结构功能进行分析。结果表明:哈茨木霉Tr1菌株含有403个分泌蛋白,其中假定蛋白质PNP53160和PNP56908可能起到纤维素酶和几丁质酶的作用。分泌蛋白的信号肽的中间区域富含亮氨酸和丙氨酸,C端属于A-X-A类型。假定蛋白PNP58822中的16862~20750 aa片段可能起到Peptaibols合成酶作用,该蛋白主要包括了乙酰辅酶A合成酶Ⅰ、Taq A的CT结构域和脂肽合成酶亚基Ⅲ等功能区域。本研究应用生物信息学方法分析了403个分泌蛋白及其信号肽特征,筛选出了可能与哈茨木霉生防机制相关的蛋白质,并预测了其性质、结构和功能,为进一步研究哈茨木霉的生防机制提供理论基础。     

植物花分生组织终止发育机制的研究进展

植物花的发育依赖于花分生组织(floral meristem,FM)活性的维持与分化。当FM完成各轮花器官原基的起始后,其活性会程序性地终止(termination),这个过程就是FM的终止发育过程(FM determinacy)。FM的终止发育是一个复杂精细且多步骤的调控过程。WUSCHEL(WUS)是一个具有同源异型结构域(homeodomain)的转录因子,其对FM的活性维持及终止发育发挥着重要作用。越来越多的研究表明许多转录因子以及环境信号、激素信号和表观遗传相关因子通过对WUS及其调节基因的调控来影响FM终止发育过程。本研究组首次在组织水平阐明了生长素和细胞分裂素调控FM活性的分子机制:AUXIN RESPONSE FACTOR3(ARF3)能够整合AG、APETALA2(AP2)和生长素(auxin)的信号通过抑制细胞分裂素(cytokinin)信号系统调控FM终止发育;还首次证实光信号对FM活性调控的分子机制:FAR-RED ELONGATED HYPOCOTYL3(FHY3)通过PHYTOCHROME A(PHY A)信号途径介导光信号对WUS表达的调控;在基因水平上首次揭示了染色质构象变化对FM终止发育的调控作用:AGAMOUS(AG)可以直接结合到WUS的调控区并招募Pc G蛋白对WUS5′-TSS和WUS3′-CRE的结合,以介导WUS染色质环状结构(chromatin loop)的形成,进而抑制WUS的转录,而DNA TOPOISOMERASE 1 TOP1α(TOP1α)对染色质的高级结构的重塑作用也是该染色质环形成的基础。随着3D基因组(three dimensional genomics)时代的到来为我们进一步理解FM终止发育机制提供了新的窗口,而FM终止发育机制在农业生产上的运用也体现了其巨大的应用价值。本文首先简述了拟南芥(Arabidopsis thaliana)花发育研究的发展史,介绍了花发育相关领域所关心的3个科学问题,并着重阐述了FM终止发育调控的研究进展与前景。     

基于信号特征分析的植物体表电信号记录模式选择

为了探索不同耦合记录模式所记录植物体表波形数据特征,选择德抗961型小麦与含羞草2类植物,分别对每株植物进行直流耦合、交流耦合同步信号记录。分析光诱导下小麦所产生的局部电位中直流耦合记录与交流耦合记录的数据差异。小麦局部电位直流耦合与交流耦合记录数据波形峰峰值差异可达25倍以上;基于短时傅里叶变换,功率密度时频分布图显示直流耦合记录到的信号局部电位的频谱主要在0.2 Hz以内。而含羞草的变异电位的上述2种耦合模式记录的波形差异相对较小,功率密度时频分布图中可以反映其信号功率谱分布在0.6 Hz以内。通过记录不同下限截止频率的数据,小麦的光诱导电信号更加清晰的反映耦合方式对信号的影响,进一步地,通过含羞草变异电位的传导特性与对小麦钙通道阻滞的对照试验来验证所测信号的真实性。因此,针对不同植物及其植物电信号本身的特点,应选择适合的耦合记录方式。     

单品种淡水活鱼数量的被动声学估计

针对单品种淡水活鱼数量估计问题,以鲫鱼和鳊鱼为研究对象,采用不同数量淡水鱼的被动水声信号作为样本,通过4~6层小波包分解算法,对比分析了样本的若干特征提取方案,明确了鲫鱼水声信号特征的提取方案为短时平均过零率+6层小波包分解频段能量,而鳊鱼只需提取6层小波包分解频段能量作为其信号特征。根据不同样本集划分方法比较结果,确定了鲫鱼样本集划分方法为Rank-SPXY(m=10),鳊鱼为Rank-SPXY(m=5)。利用竞争自适应重加权采样,筛选出样本的关键特征,并使用多元线性回归和偏最小二乘回归建立了若干淡水活鱼的数量估计模型,结果表明:多元线性回归模型的性能较好,鲫鱼和鳊鱼数量估计模型的复相关系数分别为0.835和0.893,相对分析误差分别为1.79和2.01。     

玉米热激转录因子基因ZmHSF-Like对逆境胁迫响应的信号途径

在前期对玉米热激转录因子基因ZmHSF-Like克隆、表达特性和亚细胞定位分析的基础上,对基因响应不同逆境胁迫的信号途径进行了研究。结果显示,H2O2处理能显著上调ZmHSF-Like基因的表达,42℃热激上调ZmHSF-Like基因的表达依赖于H2O2的存在,ABA上调基因表达部分依赖于H2O2的存在,而PEG-6000诱导基因表达不依赖于H2O2;外源Ca2+处理也能上调ZmHSF-Like基因表达,而螯合胞外钙离子并阻断其内流并不能降低上述逆境胁迫诱导的ZmHSF-Like基因的表达水平。表明ZmHSF-Like基因通过H2O2信号途径实现对热激和ABA胁迫的响应。在H2O2处理过程中,热激蛋白基因HSP704的表达与ZmHSF-Like基因的表达同步,可能是该途径中ZmHSF-Like结合的下游热激蛋白。单独钙离子诱导处理,热激蛋白基因HSP701、HSP702和HSPeu701的表达均与ZmHSF-Like基因的表达同步,可能是ZmHSF-Like基因响应Ca2+反应的下游结合蛋白。ZmHSF-Like通过与下游不同热激蛋白的结合实现对不同逆境胁迫的响应。     

外源信号物质对肉苁蓉种子萌发与吸器形成POD、CAT活性及ROS含量的影响

利用外源信号物质氟草敏(norflurazon)和2,6-二甲氧基对苯醌(2,6-DMBQ)分别诱导肉苁蓉种子萌发与吸器形成，研究它们在此过程中对过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及活性氧(ROS)含量的影响。结果表明：在诱导肉苁蓉种子萌发时，经norflurazon处理0~168 h后，种子中POD和CAT活性呈现显著升高的变化趋势，种子中ROS含量显著升高。在诱导肉苁蓉种子萌发体吸器形成时，经2,6-DMBQ处理0~72 h后，肉苁蓉种子萌发体中POD和CAT活性呈现显著升高的变化趋势，萌发体中ROS含量显著升高。表明在诱导肉苁蓉种子萌发与吸器形成过程中，外源信号物质norflurazon和2,6-DMBQ能影响POD、CAT活性及ROS含量的变化。

     

斑节对虾Toll9受体基因免疫功能的研究与表达分析

Toll受体蛋白(Toll receptors)是一类重要的模式识别受体,在无脊椎动物先天性免疫系统中发挥重要作用。文章对斑节对虾(Penaeus monodon)新型Toll9受体基因(Pm Toll9)进行了研究:以人源胚胎肾细胞(HEK293T)成功构建体外细胞免疫模型,通过免疫印迹方法证实Pm Toll9重组真核蛋白可在HEK293T中成功表达。双荧光素酶报告系统检测发现在200 ng转染浓度处Pm Toll9对NF-κB报告基因的激活效果显著。q RT-PCR数据证明PmToll9成功激活HEK293T细胞Toll-like receptor(TLR)信号通路,促进通路下游髓样分化因子(My D88)、肿瘤坏死因子(TNF-α)和白介素(IL-10)的上调表达,同时酶联免疫吸附测定结果证明Pm Toll9可促进TNF-α蛋白表达水平显著上调。斑节对虾体内细菌刺激实验结果显示无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)可激活Pm Toll9在肝胰腺、肠、淋巴和鳃中的表达,哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)可显著抑制Pm Toll9在肝胰腺中的表达。提示无乳链球菌可通过Pm Toll9激活Toll信号通路,引起机体免疫防御反应,而哈维氏弧菌对此过程具有一定的抑制作用。     

可可毛色二孢全基因组分泌蛋白的预测及分析

【目的】可可毛色二孢（Lasiodiplodia theobromae）是一种世界性分布的重要植物病原真菌,可引起严重的葡萄溃疡病（Botryosphaeria dieback）,影响果木品质并造成巨大的经济损失。本研究预测并分析可可毛色二孢基因组范围内的分泌蛋白,并明确其基本特征,为该病菌分泌蛋白致病机理的研究打下基础。【方法】依据已公布的可可毛色二孢全基因组序列,利用信号肽预测软件SignalP v5.0、跨膜结构分析软件TMHMM v2.0、细胞器定位分析软件ProtComp v9.0、GPI锚定预测软件big-PI Fungal Predictor和亚细胞器定位分析软件TargetP v2.0生物信息学软件对该菌中的典型分泌蛋白进行筛选。对分泌蛋白N端信号肽的长度、氨基酸使用频率及其切割位点进行统计分析。依据蛋白序列的同源性,应用BLASTP程序对分泌组蛋白进行功能注释分析,预测其生物学功能。采用蔗糖酶缺陷的酵母分泌系统,对所选分泌蛋白的信号肽进行活性检测。利用qRT-PCR方法检测所选分泌蛋白基因在可可毛色二孢侵染葡萄中的表达情况。【结果】在可可毛色二孢全基因组编码蛋白中共筛选获得552个潜在的具有典型信号肽的分泌蛋白,占全基因组预测蛋白总数的4.3%,其编码蛋白长度集中于101—400 aa。信号肽统计分析表明,其信号肽长度以18—20 aa的序列最为集中,信号肽长度为20 aa的蛋白数量最多。信号肽中使用频率最高的氨基酸为丙氨酸;非极性、疏水的氨基酸使用频率最高,占氨基酸总数的60.2%。其信号肽的-3至-1位置上的氨基酸相对保守,切割位点属于A-X-A类型,可被Sp I型信号肽酶识别并切割。336个分泌蛋白具有功能注释,其功能较多集中于细胞壁降解有关的酶类以及致病相关蛋白,并且这些蛋白在分子量、等电点、脂肪族氨基酸指数等方面均存在差异。通过蔗糖酶缺陷的酵母分泌系统证实,挑选的9个分泌蛋白信号肽均具有分泌活性。qRT-PCR检测结果表明,所选分泌蛋白基因在该病菌侵染初期的表达发生变化。【结论】利用生物信息学分析技术从可可毛色二孢全基因组中共预测获得552个经典分泌蛋白。其信号肽氨基酸长度分布广泛,氨基酸组成中非极性、疏水的氨基酸使用频率最高。功能注释主要集中在细胞壁组分降解相关的酶类、致病侵染相关的坏死诱导相关蛋白以及几丁质结合蛋白等。     

H2S的信号分子作用及其对果蔬采后生理代谢的调控研究进展

硫化氢（H2S）作为气体信号分子，参与调控植物体的一系列生命活动，并在果蔬采后生理代谢过程中发挥着重要作用。本文综述了H2S的理化性质、发展应用历史及其在果蔬采后生理调控机制中的信号分子作用，讨论了H2S对果蔬生理代谢的调控作用，包括对果蔬采后抗逆性和品质的影响，以期为采后果蔬的贮藏保鲜提供理论参考。     

桉树人工林中433MHz信道LoRa信号的传播特性

LoRa技术是最新出现的一种无线通信技术,具有低功耗、距离远、工作在非授权波段等特点,与ZigBee等现在常用的无线通信技术相比,其在人工林无线传感器网中更具潜力。然而由于LoRa的传输受环境影响较大,目前在人工林中传播特性的研究还处于空白。本研究基于Shadowing信号衰减模型,在广西东门林场中测试了433 MHz信道LoRa信号在两种天线高度下(1.5,2.0 m)和3种不同环境下(开阔环境、3 a林龄桉树人工林,5 a林龄桉树人工林)LoRa信号接收强度(RSSI)随距离变化的情况,每种条件下得到了两组数据。首先利用其中一组数据对模型进行拟合,拟合结果表明,LoRa信号传输遵从Shadowing模型,拟合度在0.886~0.982。然后利用另一组数据对模型的精度进行验证,验证结果表明,模型精度较高,模型的精度介于0.780~0.961。最后分析了桉树人工林中影响LoRa信号传输的主要因素。本研究的方法和获得的信号衰减系数可以为桉树人工林无线传感器网络监测中LoRa节点的组网和部署提供依据和参考。